diseño y desarrollo de prótesis para miembro inferior izquierdo

PRÓTESIS CONTRALADA SEÑALES MIOELÉCTRICAS
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DISEÑO Y DESARROLLO DE PRÓTESIS PARA
MIEMBRO INFERIOR IZQUIERDO
CONTROLADO POR SEÑALES
MIOELÉCTRICAS
William David Vargas
Abstract—El presente documento muestra el diseño de una
prótesis para el miembro inferior izquierdo controlado por
señales mioeléctricas.
Index Terms—Mioeléctricas, prótesis.
I. I NTRODUCCIÓN
AS ayudas aumentativas para personas discapacitadas son
para la Universidad Pedagógica Nacional un campo de
gran interés, es por esto que se han desarrollado diferentes
proyectos de investigación que apuntan al desarrollo cognitivo
y funcional de personas con amputaciones o limitaciones
sensoriales. Ésta propuesta se elaboró con base en las investigaciones realizadas en ésta institución, específicamente en
el proyecto Aprendizaje de Actividades Motoras en Procesos
Prensiles con el uso de una Prótesis Mecatrónica Controlada
por Señales Mioeléctricas en Personas Amputadas entre Codo
y Muñeca, en donde después de entrar en un proceso de
investigación y recolección de datos se identificó la necesidad
de diseñar una interfaz hombre – máquina, que representa el
miembro superior derecho en un mundo virtual para que una
persona con ese tipo de amputación pueda potenciar el nivel de
control motor en los músculos afectados por dicha amputación.
La interfaz propuesta es desarrollada para una persona de
género masculino entre los 30 – 35 años con amputación
traumática a nivel del tercio proximal del antebrazo dicha
interfaz es controlada por señales que genera el propio cuerpo
de la persona (señales mioeléctricas), ejecuta 5 movimientos
de prensión de la mano y es evaluada en un ambiente de
aprendizaje con la metodología de análisis de protocolos
verbales.
L
aumento en ese tipo de limitación y suponen la necesidad de
explorar más a fondo el campo de diseño de prótesis en lo que
se refiere a la discapacidad, para afrontar las consecuencias
de las amputaciones y evitar que los músculos residuales se
atrofien debido a la falta de actividad motora.
En Colombia, el campo de diseño de prótesis esta en
desarrollo, hay algunas entidades como la Clínica Universitaria
Teletón que se encargan de brindar apoyo en el tema de la
discapacidad y el desarrollo de prótesis para limitaciones permanentes, implementando prótesis fijas en un proceso integral
de rehabilitación.; así mismo existen proyectos en algunas
universidades y entidades de investigación como Colciencias
que han desarrollado prótesis de funcionamiento mioeléctrico
llegando a aplicaciones funcionales pero con precios elevados
de difícil acceso para el grupo de personas que padece esta
discapacidad.
Investigar sobre los tipos de amputaciones presume el hecho
de saber que los cuidados que se deben tener con un niño que
ha nacido sin un miembro, son muy diferentes de los que
inciden en el tratamiento de un adulto con una amputación
traumática, sufrida como resultado de un accidente (de automóvil por ejemplo); también son diferentes los problemas
del anciano que ha sufrido la amputación de un miembro en
sus últimos años a causa de la diabetes; de esta manera se ve
claramente que los problemas de la amputación dependen en
gran medida de la edad del individuo, y están específicamente
relacionados con los atributos sicológicos y físicos que le sean
característicos . Por razones como las anteriores se decidió
diseñar y construir un entrenador de prótesis en un ambiente
virtual, que logre responder el planteamiento del problema
presentado a continuación.
II. S ITUACIÓN DEL P ROBLEMA
El número de personas discapacitadas en Colombia por la
perdida parcial o total de una o ambas extremidades superiores
es considerable y preocupante, debido a que va en aumento
en comparación con el censo que se realizó en Colombia en
el año de 1993. Mientras que en ese año, los problemas por
parálisis permanentes para usar brazos y manos estaba en el
8.9% por cada 100 discapacitados, hoy, según el censo de
2005 esta cifra asciende al 14.9% , estos datos reflejan un
W. Vargas
Imagen 1-Situación Problema
III. P LANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .
£Es posible utilizar un ambiente de aprendizaje con la
perspectiva de desarrollo psicomotor de jerarquía de desplaza-
PRÓTESIS CONTRALADA SEÑALES MIOELÉCTRICAS
mientos en el aprendizaje de rutinas motoras para procesos prensiles de precisión utilizando como herramienta una
representación virtual de la mano humana controlada por
señales mioeléctricas en personas con amputación traumática
de miembro superior derecho a nivel de tercio proximal del
antebrazo?
IV. A NTECEDENTES
En el proceso de recolección de datos se encontró que en la
Universidad de Valladolid (España) aplican las señales EMG
a un Entrenador mioeléctrico de prótesis para amputados de
brazo y mano. Donde buscan evaluar la adecuación de una
prótesis mioeléctrica para amputados de mano y posibilitar
un aprendizaje previo de manejo de prótesis mediante un
entrenador mioeléctrico, para este, se han empleado equipos de
señales de electromiograma, un computador convencional, y
un conjunto de programas que controlan el sistema, distinguen
los patrones de electromiograma y representan una imagen en
tres dimensiones de una prótesis de mano. El sistema puede
funcionar en cualquier computador actual y registra datos
sobre la evolución de los pacientes.
El entrenador esta dividido en 6 etapas, las cuales comienzan por una Cabecera Analógica que está formada por un
conjunto de 4 amplificadores de instrumentación trabajando
con entrada diferencial capaces de procesar 4 canales de
electromiografía, basándose en el amplificador operacional
INA114. El Sistema de adquisición de datos se trata de
una tarjeta de adquisición hasta de 4 canales basada en un
conversor análogo - digital, integrado de 12 bits de resolución,
que nos permite introducir en el PC las señales de 2 canales
que se utilizarán en la primera etapa de prueba
En la Universidad Nacional de Colombia se ha desarrollado
un proyecto de investigación que consiste en el Diseño de una
prótesis para personas amputadas de mano y muñeca, el cuál
tiene como objetivo evaluar entre las señales mioeléctricas y
las señales de voz cuál es el sistema de control mas eficiente
para el manejo de la prótesis. La prótesis consiste en una mano
artificial pentadigital de 10 GDL que es controlada por 10
servomotores que son los encargados de dar el movimiento de
las falanges. Los principales tipos de prensión que es capaz
de ejecutar son:
1. Tomar un objeto en forma de prensa en forma bidigital
por oposición Terminal. 2. Tomar un objeto en forma de prensa
en forma bidigital por oposición subterminal. 3. Tomar un
objeto en forma de prensa en forma bidigital por oposición
subterminoterminal. 4. Tomar un objeto en forma de prensa
tetradigital del pulpejo pulgar tridigital. 5. Tomar un objeto
en forma de prensa palmar esférica pentadigital. 6. Tomar un
objeto en forma de prensa palmar cilíndrica pentadigital.
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CON EL USO DE UNA PROTESIS MECATRONICA CONTROLADA POR SEÑALES MIOELECTRICAS EN PERSONAS AMPUTADAS ENTRE CODO Y MUÑECA”, se
decidió orientar esta propuesta en un sistema virtual, debido a
los costos y la complejidad que supone adquirir una prótesis
activa de control mioélectrico, de acuerdo con esto se pensó
en dar una posibilidad mucho mas factible en cuanto a su
adquisición tanto económica como inmediata para las personas
que tienen una amputación a nivel del tercio proximal del
antebrazo, los cuales son en su mayoría de escasos recursos
[21] y tienen poco alcance a estas nuevas tecnologías, la idea
con este entrenador es simular algunos movimientos básicos
de la mano, útiles en diversas tareas de la vida cotidiana
como movimientos de pinza bidigital, pinza tridigital, agarre
cilíndrico, agarre en forma de gancho y cierre de la mano
en un entorno virtual, el cual debe actuar en tiempo real
para la efectividad del aprendizaje. Los movimientos serán
ejecutados con el mismo principio del control mioélectrico
pues es muy importante conservar la estimulación de los
músculos afectados con la amputación [11]. En donde el
paciente logrará hacer los movimientos básicos mencionados
anteriormente.
De acuerdo con los objetivos de esta propuesta se comenzó
por un estudio de la fisiología del miembro superior derecho,
el cual fue muy importante en términos de ubicación de la
señal, luego se paso al proceso de adquisición, amplificación,
procesamiento y reconocimiento de las señales electromiográficas, para que después sea implementado en todo el entorno
virtual que se elaboro. A continuación se describen a detalle
cada una de estas fases de desarrollo.
V. P ROCESO DE DISEÑO DEL ENTRENADOR DE PRÓTESIS
VIRTUAL MIOÉLECTRICO PARA PERSONAS CON
AMPUTACIÓN DE MIEMBRO SUPERIOR DERECHO .
El entrenador de prótesis fue elaborado con base en el
trabajo desarrollado en la investigación “APRENDIZAJE DE
ACTIVIDADES MOTORAS EN PROCESOS PRENSILES
Imagen 2 - Diagrama de circuito electrónico
PRÓTESIS CONTRALADA SEÑALES MIOELÉCTRICAS
Imagen 3 - Diagrama Interfaz Gráfica
PLACE
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HERE
William Vargas Es licenciado en mecánica. Trabaja
actualmente como docente. Su principal objetivo es
conseguir una prótesis 100% efectiva para tantas
personas que presentan este inconveniente.
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